重烃污染对聚酰亚胺膜CO2分离性能的影响机制研究

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Investigation of Heavy Hydrocarbon Contamination Impact on CO 2 Separation Performance of Polyimide Membranes

本文系统探讨了天然气脱碳过程中重烃污染物（环己烷、正辛烷、乙苯及其混合物）对聚酰亚胺（PI）中空纤维膜气体分离性能的影响。研究发现烃类污染会通过膜溶胀、链松弛等效应改变CO2/N2、CO2/CH4选择性，但CO2脱除率保持稳定，为天然气膜法净化工艺优化提供了理论依据。

　　

亮点

本研究聚焦于重烃污染对聚酰亚胺（PI）膜在天然气处理中CO₂分离性能的影响。通过系统评估三种典型烃类（环己烷、正辛烷、乙苯）及其混合物，揭示了污染物通过膜溶胀与链松弛效应短期提升气体渗透率，而长期吸附阻塞导致性能衰减的双重作用机制。CO₂/CH₄选择性在所有条件下均下降，但CO₂脱除率保持稳定，为工业膜分离过程抗污染设计提供了关键参考。

材料与化学品

实验采用实验室自制的聚酰亚胺（PI）材料。硅橡胶Sylgard184（PDMS）购自道康宁公司，环氧树脂及固化剂由天元树脂厂提供。环己烷（99.7%）、正庚烷（99.5%）、正辛烷（95%）购自天津科密欧化学试剂有限公司，甲苯（99.5%）和石油醚由天津大茂化学试剂厂提供，乙苯（98.5%）及其他试剂均符合实验纯度要求。

FT-IR分析

聚酰亚胺（PI）膜的傅里叶变换红外光谱（FT-IR）显示，1790 cm^-1和1730 cm^-1处的特征峰分别对应酰亚胺结构中羰基的不对称与对称伸缩振动，1375 cm^-1处吸收峰为酰亚胺环中C–N键的伸缩振动。1500–800 cm^-1区域丰富的振动谱图进一步证实了PI的化学结构稳定性。

结论

本研究通过PI中空纤维膜实验表明，重烃污染对气体分离性能的影响具有烃类特异性：环己烷与乙苯污染整体提升气体渗透率，但正辛烷及其混合物会引发先升后降的渗透率变化。所有污染物均导致CO₂/CH₄选择性下降，而CO₂脱除率未受显著影响，为天然气膜法净化工艺的抗污染优化提供了实验依据。